Nerva

[astroraoul]

Voici un site en français sur le projet NERVA!

Je me demande s'il y aura jamais une propulsion nucléaire dans l'espace, avec les craintes qu'elle suscite

De bons arguments peuvent-ils suffire et quels sont-ils?

 

Raoul

[lambda0]

Salut

 

A mon avis, le moteur nucléo-thermique est mort-né et ne sera jamais utilisé.

A part la propulsion chimique, c'était potentiellement le seul moteur permettant de décoller d'une surface planétaire, mais un traité des années 70 interdit la mise en marche d'un tel moteur dans l'atmosphère terrestre, pour des raisons de sécurité évidentes.

L'autre application aurait été le vol interplanétaire, plus précisément la phase d'éjection/injection depuis une orbite. Il reste une petite possibilité de ce côté là, mais ce concept sera de plus en plus concurrencé par la propulsion VASIMR qui est un moteur plasmique permettant également également de produire une poussée importante.

J'ai quand même vu un concept de propulsion bimodale, dans lequel le réacteur nucléaire alimentait un moteur nucléo-thermique pour la phase d'éjection, et ensuite un moteur ionique de faible poussée pour la phase de croisière interplanétaire, mais ça me semble assez hasardeux techniquement.

 

Le concept de moteur nucléo-thermique pourrait quand même connaitre un regain d'intérêt si on arrivait à augmenter de façon importante sa température de fonctionnement, pour produire à une impulsion spécifique supérieure à 1500 s, mais on en est très loin.

 

A+

[Invité Ortog]

Je trouve ce truc particulièrement dangereux.

 

Le nucléaire chauffe l'H/O pour augmenter la vitesse d'éjection.

 

C'est le même principe que le fluide qui est chauffé par le coeur radioactif de nos centrale. Mais personne n'aurait idée de rejeter ça dans l'atmosphère

 

Vu l'importance du poid dans la fusée, le carburant et le comburant doivent pas être beaucoup protégé du rayonnement... J'imagine les rejets de tuyère.

 

Sans compter le risque en cas d'explosion de la fusée ! Si la navette spatiale (ou ariane 10 tonnes) avait été équipé de ce type de moteur, tu imagines l'étendu du désastre !

 

J'aimerai bien savoir ce que sont devenus les types qui faisaient les essais et le taux de cancer chez cette population par rapport à la moyenne des U.S.

 

A une époque (presque la même), on imaginait que le nucléaire était pas dangereux, les U.S. avaient du reste fait des explosions de bombes en plaçant des militaires a proximité pour "voir"... aucune statistique sur le taux de cancer n'a jamais été publiée.

 

Je joins 2 images... Moi, ça me fait froid dans le dos...

 

Ortog

[astroraoul]

Il me semble qu'il n'est pas question d'utiliser un engin à propulsion nucléaire depuis le sol jusqu'à l'espace (le chimique convient) mais c'est surtout le fait d'emporter de la matière fissile même si elle ne sert pas à ce moment-là.

Et une fois dans l'espace, loin, on pourrait le mettre en marche.

 

Raoul

[lambda0]

Salut

 

Oui, c'est pour ça que l'utilisation un jour du moteur nucléo-thermique dans l'espace n'est pas totalement exclue (mais je n'y crois pas beaucoup), si on arrive à augmenter son impulsion spécifique.

Le problème qui se poserait alors est celui de la mise au point : NERVA était testé à l'air libre, ce qui ne serait plus possible maintenant. Il faudrait travailler dans une enceinte confinée spécialement conçue pour ça, ce qui induira des coûts de développement très importants.

Rétrospectivement, NERVA a de quoi de faire frémir : le réacteur le plus puissant avait une puissance thermique de 5000 MW, et finissait par éjecter des morceaux d'uranium ! Et pendant des essais, certains réacteurs ont carrément explosé !

 

Néanmoins, pour ce qui est du lancement en orbite, on devra de toute façon mettre au point des techniques permettant de lancer un réacteur nucléaire en tenant compte du risque d'échec du lancement : un moteur plasmique suffisamment puissant pour expédier un vaisseau habité vers Mars utilisera nécessairement un générateur électro-nucléaire contenant plusieurs tonnes d'uranium.

 

A+

[yo]

Bonjour,

Si j'ai bien compris la propulsion nucléo-électrique serait la plus rapide en théorie dans l'espace mais elle nécessite un générateur d'un volume et d'un poids trop élevé pour les lanceurs actuels. J'ai lu quelque part qu'elle nécessitait un moteur de 25 tonnes de masse sèche, donc ce n'est pas interessant en l'état actuel par rapport à la propulsion chimique classique qui est maitrisée et possède un bon rapport de masse, sans parler des dangers que vous avez évoqués en cas d'accident au décollage (celà dit on envoie bien des RTG - générateurs électriques à partir d'une source isotopique) comme celui de Cassini qui possèdent une petite charge de plutonium.

 

Quel est le principe du VASIMR au fait ?

[lambda0]

Le grand avantage de la propulsion électrique est une impulsion spécifique élevée, ce qui permet d'augmenter beaucoup le rapport (masse charge utile)/(masse totale) : il faut moins de fluide propulsif pour atteindre une vitesse donnée.

Le prix à payer pour celà est qu'il faut une source d'énergie électrique, alors que pour la propulsion chimique, l'énergie est contenue dans le fluide lui-même, dans les liaisons chimiques.

On arrive donc facilement à une pénalité de plusieurs centaines de tonnes pour un générateur électronucléaire de quelques dizaines de MW.

Et pourtant, ça reste très intéressant : à charge utile équivalente, un vaisseau martien pèserait encore 4 ou 5 fois moins que l'équivalent en propulsion chimique. Et celà peut permettre des vols habités vers la planète Mars en moins de 3 mois, même beaucoup moins avec une masse plus importante.

Dans ces conditions, le moteur nucléo-thermique devient moins intéressant.

A titre indicatif, L'Isp est de l'ordre de 900 à 1000 s. C'est déjà 2 fois plus que la propulsion chimique.

Mais un moteur VASIMR, comme le VX10 en court de test à la NASA, peut atteindre 30000 s !

 

Sauf que pour l'instant, même si on disposait du réacteur nucléaire, on ne serait pas capable de le lancer en un seul morceau : il faudrait un lanceur capable de placer au moins 150t en LEO.

 

Le principe de la propulsion VASIMR est expliqué ici :

http://dma.ing.uniroma1.it/users/bruno/Petro.prn.pdf

 

A+

[yo]

merci je vais bosser ça

on en est où dans la maitrise du VASIMR ?

ça a l'air très complexe, mais l'intérêt de pouvoir moduler le débit en "changeant les vitesses" est indéniable.

[lambda0]

Le moteur VASIMR a été inventé au début des années 1980 par l'ingénieur et astronaute Chang Diaz. Le développement a été assez lent au début car on ne disposait pas de la source d'énergie adéquate, et à cette époque, on se méfiait du nucléaire et on coupait les budgets.

Les études ont repris sérieusement à la fin des années 1990, et il y a actuellement un prototype en cours de test par la NASA, d'une puissance de 10 kW.

Le fait de pouvoir moduler l'impulsion spécifique donne à ce système une bonne supériorité par rapport aux autres propulsions plasmiques. C'est le seul moteur plasmique qui peut produire une poussée importante, de quelques centaines de daN. Il est donc tout à fait adapté à la phase d'éjection/injection depuis une orbite planétaire. Le passage en impulsion spécifique maximale est adapté à la phase de croisière interplanétaire et permet d'atteindre des delta V importants

Autre avantage : le moteur ne comporte pas d'électrodes, ce qui est le point faible des autres et qui limite leur durée de vie (érosion des électrodes sous le bombardement ionique).

 

Par contre, ce type de moteur ne se développera réellement que quand on disposera d'un réacteur nucléaire spatial d'une puissance supérieure à 10 MW pour les vols habités (qui n'a rien à voir avec un moteur nucléo-thermique : il s'agit ici de produire de l'électricité, un peu comme dans une centrale nucléaire classique).

 

A+

[yo]

oki mais ce système doit aussi résoudre le problème de l'approvisionnement en hydrogène (source des ions qui seront ensuite accélérés par champ magnétique) si l'on ne veut pas emporter des masses de carburant... par quel processus peut on collecter de l'hydrogène sur Mars par exemple ?

 

D'autre part comme tu évoques la nécessité d'un réacteur nucléaire pour fournir l'électricité, c'est le même problème pour le moteur ionique dont le Glenn Research center teste en ce moment un prototype baptisé Herakles.

 

Ce réacteur nucléaire électrique à vocation spatiale, c'est la NASA ou la marine américaine qui travaille dessus ? (parce que les porte avions ricains en sont déjà équipés je crois).

[lambda0]

Exactement. Le problème se pose bien de la même façon quel que soit le système de propulsion : tout emporter au départ, ou compter sur l'exploitation des ressources sur place. Il y a bien de l'eau à hydrolyser sur Mars, mais ce serait un peu dommage quand même.

En fait, le moteur VASIMR peut aussi bien fonctionner avec d'autres éléments. Le lithium a par exemple le grand avantage d'être stockable sous forme solide, et le sous-sol martien devrait en contenir comme la Terre.

On peut également utiliser d'autres gaz, de préférence avec le potentiel d'ionisation le plus faible possible. Etant donné qu'il n'y a pas de réaction chimique, on a en fait pas mal de degrés de liberté.

 

En ce qui concerne le réacteur nucléaire, ça fait longtemps qu'on en fait pour propulser des sous-marins et des porte-avions, et c'est bien la Navy qui travaille avec la NASA sur les réacteurs spatiaux, mais il s'agit ici d'une architecture assez différente. Le système de dissipation de chaleur n'a rien à voir par exemple. Un réacteur nucléaire terrestre est refroidi par le débit d'un fleuve, ou par la mer, un réacteur nucléaire spatial ne peut être refroidi que par un système radiatif : ce sont ces panneaux qui prennent tant de place et poseraient problème pour loger une sonde comme JIMO dans la coiffe d'une fusée.

Le réacteur se trouve en apesanteur, dans le vide, dans des conditions thermiques qui n'ont rien à voir avec ce qu'on trouve sur Terre.

La fiabilité requise n'est pas non plus la même. Il doit pouvoir fonctionner plusieurs années sans maintenance, et ce qui pose le plus de problèmes n'est pas le réacteur proprement dit mais le système de conversion de puissance : les turbo-alternateurs, qui comportent des pièces mobiles, donc sujettes à usure.

 

Il y a donc pas mal de petits problèmes techniques à résoudre, mais à partir du moment où on décide de le faire, un réacteur nucléaire de 200 MW peut être conçu et testé en moins de 15 ans.

 

Voici une pré-étude d'un tel réacteur, un peu obsolète à mon avis, mais qui donne quand même des ordres de grandeurs (attention : 130 pages, 10 Mo !)

 

http://gltrs.grc.nasa.gov/cgi-bin/GLTRS/br...001-210767.html

http://gltrs.grc.nasa.gov/reports/2001/CR-2001-210767.pdf

 

A+

[yo]

merci du lien... c'est un peu technique mais je m'y pencherais un jour

D'après toi le seul obstacle c'est la taille de la surface de dissipation... pourtant dans l'espace les températures sont beaucoup plus froides que dans l'eau ?

 

Concernant la production d'hydrogène à partir des ressources martiennes, Zubrin a déjà cité le procédé Sabatier pour produire du méthane à partir du CO2 de l'atmo dans l'optique de production de carburant chimique, mais comme le sous-produit de cette réaction est de l'eau, on peut en effet par électrolyse produire de l'O2 pour l'habitat martien et de l'hydrogène pour un moteur Vasimir... pourquoi ne pas coupler les deux propulsions ?

 

sinon trouver de l'eau sur mars faudrait creuser le pergélisol c'est très compliqué...

[lambda0]

Salut

 

Le refroidissement n'est qu'un problème parmi beaucoup d'autres, mais ça a quand même une incidence assez importante sur la géométrie (voir images à la fin), et ça alourdit bien l'ensemble.

 

Pour ce qui est du plan de Zubrin, l'oxygène et le carbone sont extraits sur place, mais il me semble que l'hydrogène est amené ...depuis la Terre ! Donc, retour à la case départ. A moins d'extraire l'eau du sol, ce qui n'a pas l'air du tout évident.

Il y a en faite toutes sortes de variantes pour l'utilisation du VASIMR : j'ai déjà cité l'utilisation d'autres éléments que l'hydrogène, mais il y a également des profils de missions dans lesquels le carburant de retour est expédié séparément à la conjonction précédente, au moyen de cargos lents mais optimisés pour la charge utiles. Et bien sûr, on peut aussi tout emporter au départ.

 

Allez, quelques images pour illustrer tout ça

J'ai utilisé l'étude précédente pour coder une simulation de ce réacteur nucléaire dans Orbiter, en le couplant à une propulsion VASIMR, pour faire les calculs de trajectoire.

 

http://img199.exs.cx/img199/8440/argos14fc.jpg

http://img199.exs.cx/img199/1498/argos27rw.jpg

 

A+

 

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Astro-Pépito

[yo]

joli

je connais pas ce soft... c'est de la simu spatiale facile ?

[lambda0]

Voici le point d'entrée pour téléchargement :

http://www.medphys.ucl.ac.uk/~martins/orbit/orbit.html

 

Et surtout, le forum francophone :

http://orbiter.dansteph.com/forum/index.php

 

Un grand moment : la première insertion orbitale avec le mythique DeltaGlider !

Après, on est définitivement accro

 

A+

[albert einstein]

salut a tous,,,,,ils devrais lancer la fusée de l,espace assez loin de la terre.Un lancement hors-gravité le problème est de amener la fusée en orbitre decoler l,engin avec une arianne 5 , le genre d,engin qui pourrais etre utilisée pour ce genre de mission, Une mutation de la navette spatiale avec comme moteur centrale la propulsion nucleaire, et d,autres moteur juste assez puissant pour liberer le vaisseau de l,attraction terreste, ,Et quand on est rendu assez loin hors de la zone dangeureuse , on actionne le nucléaire et on est parti......

[astroraoul]

Voici la NERVA à la Von Braun, toutes les expéditions martiennes d'avant. On avait même imaginé la date du 12 novembre 1981 comme date du départ vers Mars, un mois sur Mars puis retour près de Vénus!

Je sais qu'il existe une image qui représente ce voyage imaginé en 1969.

Mais où est-ce?

 

Raoul

[albert einstein]

salut a tous J,aimerais savoir tout simplement si cet engin est realisable d,ici 20 ans

[lambda0]

Bah, ça doit bien faire 50 ans que la plupart de ces projets sont réalisables dans 20 ans.

Donc, la réponse est : techniquement, oui. Toutes les techniques requises existent ou sont en cours de développement.

Après, tout est affaire de motivation et de volonté.

Mon idée est que tant que la motivation pour aller sur Mars sera de ramasser quelques cailloux et de rechercher d'hypothétiques microbes fossilisés depuis 3 milliards d'années, aucun gouvernement n'arrivera à justifier de claquer 200 milliards de $ pour celà, parce que les sondes automatiques feront aussi bien le travail.

Mais il s'agit là d'un autre débat.

 

A+

[albert einstein]

merci lambada,,,ok le nucléaire c,est dangereux Mais si ont peut fabriqué des bombes à hydrogene Ne peut-on prendre cette arme maudite pour fabriquer un reacteur à hydrogene, ou un moteur à hydrogene. Je pense que l,hydrogene ne manque pas sur la planète